전 세계 지진의 영향을 피할 수 있는 독특한 건축 및 건물 디자인을 살펴보겠습니다.
1. 사비하 괵첸 국제공항(이스탄불, 터키)
유서 깊은 도시 이스탄불에 서비스를 제공하는 주요 공항 중 하나로, 세계 최고의 내진 설계를 갖춘 구조물 중 하나입니다. 사비하 괵첸 국제공항은 터키 이스탄불에 있는 두 개의 국제공항 중 하나로, 북아나톨리아 단층 근처에 있습니다.
엔지니어링 회사 오브 아럽(Ove Arup)이 설계한 이 공항은 최대 8.0Mw(모멘트 규모)의 지진을 견딜 수 있는 300개의 면진 시스템을 갖추고 있습니다. 이 면진 시스템은 지진 하중을 80%까지 줄여 세계에서 가장 큰 규모의 면진 구조물 중 하나입니다.
사비하 괵첸 국제공항의 건설 투자 비용은 120억 달러입니다.
공항을 "지진 방지"로 만드는 주요 특징 중 하나는 "삼중 마찰 진자 장치"라고 불리는 것입니다.
Architects Journal에 따르면, 역 전체가 플랫폼 위에 건설되었으며 지면과 거의 분리되어 있습니다. 덕분에 역 설계팀은 마치 지진에 영향을 받지 않는 위치에 있는 것처럼 설계할 수 있었으며, 넓은 바닥면과 슬라이딩 장치와 같은 특징을 추가하여 구조물이 강한 지반 변동에 덜 취약하도록 했습니다.
공항의 마찰-미끄럼 분리 베어링은 내진 시스템(EPS)에서 제조합니다. 이 베어링은 진자의 원리를 이용하여 강진 발생 시 구조물을 지면으로부터 분리합니다.
지진이 이 구조물에 충격을 가하면 공항의 내진 시스템은 진자처럼 약간 움직입니다. 지진으로 인한 변위는 주로 베어링에서 발생하여 구조물에 가해지는 수평 하중과 지반 진동의 영향을 최소화합니다.
2. 트랜스아메리카 피라미드
트랜스아메리카 피라미드는 1970년대 캘리포니아주 샌프란시스코에 지어진 상징적인 건축물로, 샌안드레아스 단층과 헤이워드 단층 근처에 있습니다. 1989년, 규모 6.9Mw의 로마 프리에타 지진이 이 지역을 강타하여 피라미드 꼭대기 층이 1분 이상 약 30cm 흔들렸지만, 건물은 손상 없이 서 있었습니다.
트랜스아메리카 피라미드는 캘리포니아주 샌프란시스코에 있는 1970년대의 상징적인 구조물입니다.
이러한 내진성은 지진 하중에 따라 움직일 수 있도록 설계된 1,585m 깊이의 강철 및 콘크리트 기초 덕분에 가능합니다. 수직 및 수평 하중은 1층 위에 위치한 독특한 트러스 시스템으로 지지되며, 내부 프레임은 건물 45층까지 확장됩니다. 이러한 구조 시스템의 복잡한 조합은 건물이 비틀림 운동에 저항할 수 있도록 하고, 기초에서 발생하는 많은 양의 수평 전단력을 흡수할 수 있도록 합니다.
3. 부르즈 칼리파 빌딩(두바이, 아랍에미리트)
이 마천루는 소개가 필요 없습니다. 부르즈 칼리파는 단연코 세계에서 가장 상징적인 마천루 중 하나이며, 공교롭게도 내진 설계도 되어 있습니다.
이 구조물에는 캔틸레버 벽이 하중 지지 기둥과 내부 벽을 연결하는 기계식 바닥이 포함됩니다. 이렇게 하면 하중 지지 기둥이 구조물의 횡방향 저항을 지지할 수 있습니다. 또한, 직선 기둥은 중력 하중을 흡수하는 데에도 도움이 됩니다.
부르즈 할리파 빌딩은 두바이의 위대한 인공 구조물입니다.
결과적으로 부르즈 칼리파는 횡방향과 비틀림 방향 모두에서 매우 높은 강성을 지닙니다. 오랜 시간에 걸친 지진 및 지반 공학 연구를 통해 복잡한 기초 설계 시스템이 구축되었습니다.
4. 타이베이 101 타워
타이베이 101은 아마도 세계에서 가장 아름다운 마천루 중 하나일 것입니다. CY Lee가 디자인한 외관은 "높이 오를수록 더 멀리 볼 수 있다"라는 속담에서 영감을 받았습니다.
건축적인 측면을 제쳐두더라도, 타이베이 101의 놀라운 점은 세계 최대 규모의 질량 감쇠기(TMD)를 갖추고 있다는 것입니다. 이 거대한 금속 구는 바람이나 지진과 같은 크고 불안정한 하중을 상쇄하여 마천루의 흔들림을 줄여줍니다.
타이베이 101 타워 - 대만 국민의 자랑 (중국) 사진: 인터넷
질량 댐퍼는 유압 댐퍼와 자동차의 충격 흡수 장치와 유사한 기능을 하는 댐핑 시스템에 의해 지지됩니다. 타워에 큰 힘이 가해지면 TMD는 반대 방향으로 움직이며, 공의 질량을 이용하여 과도적인 힘을 흡수하고 건물을 평형 상태로 되돌립니다. 이 지진 댐퍼 시스템은 87층과 92층 사이에 위치합니다.
5. 필리핀 아레나
필리핀 아레나는 세계 최대 규모의 돔 경기장이자 놀라운 내진 설계를 자랑합니다. 기독교 단체 이글레시아 니 크리스토(INC)가 소유하고 있으며, 2014년 7월 27일 개관 100주년을 맞아 5만 5천 석 규모의 경기장을 건립했습니다.
필리핀 불라칸에 위치한 시우다드 데 빅토리아 관광 지역의 중심지이기도 합니다. 이 경기장은 호주 건축 회사인 파퓰러스(Populous)와 선도적인 엔지니어링 회사인 뷰로 해폴드(Buro Happold)가 설계했습니다.
필리핀 아레나.
필리핀판은 세계에서 가장 위험한 것으로 알려진 활발 지진 단층대인 환 태평양 조산대를 따라 위치하고 있습니다. 필리핀에서 발생한 이전 지진은 최대 8.2Mw에 달했으며 수천 명의 사망자를 냈습니다. 또한 지진 활동으로 인해 이 지역에서 화산 폭발과 쓰나미가 발생했습니다.
170m에 달하는 필리핀 아레나의 거대한 지붕은 지진, 강풍, 태풍 등 극심한 불규칙적인 하중을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 지진 발생 시 구조물 전체에 가해지는 횡하중은 전체 질량의 최대 40%에 달할 수 있습니다.
뷰로 하폴드의 독창적인 해결책은 전체 구조물을 기초와 무관하게 설계하는 것이었습니다. 즉, 경기장의 주요 구조 본체를 기단과 기초로부터 분리하는 것이었습니다. 주요 구조물과 기초 시스템 사이의 틈은 납 고무 베어링(LRB)으로 메웠습니다. 이는 높은 에너지 소산 특성을 가진 유연한 재료 배치입니다.
이를 통해 기초와 기초 시스템은 지진의 힘에 따라 자유롭게 움직이는 반면, 최상층 구조물은 고정된 상태를 유지합니다. 이는 진정으로 놀라운 공학적 업적입니다.
자연의 힘을 이길 방법은 없지만, 엔지니어들은 도구를 사용하여 최소한 자연의 영향을 최소화하려고 노력할 수 있습니다. 이러한 지진 저항 구조물들을 비롯한 전 세계의 다른 구조물들은 인간의 독창성과 이를 건설한 엔지니어들의 기술력을 보여주는 증거입니다.
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